基于CAN总线和无线传输技术的矿井瓦斯监测系统关键技术研究

摘要

近年来，我国煤矿安全状况形势非常严峻，不断发生瓦斯爆炸事故。为保障煤矿的安全生产，除进一步加强安全管理意识外，关键是建立煤矿井下安全监测监控系统，形成煤矿井上/下可靠、高效的安全预警机制和管理决策信息通道。在我国，目前这些监控系统仍处于相互独立的状态。各环节自成体系，信息孤立，系统维护量大，整体可靠性差，信息不能综合利用，难以进行统一的自动化调度管理。 本文以CAN总线技术为工程背景，将无线传输技术引入矿井环境监测数据传输过程中，研制一套简单、经济而又高可靠性的CAN总线及无线传输技术矿井瓦斯监测系统。首先根据实际环境，采用现代控制系统理论，建立了由设备层、控制层以及信息层3部分组成的监控系统的总体结构，在此基础上，完成了CAN总线的组网、中继和电气防爆设计。为扩展矿用检测仪表工作范围，提出了具有无线数据传输功能的手持检测仪表的方案，使其实现即走即测，即测即发的功能。设计了基于收/发芯片CC1000的无线传输模块，采用越区切换算法来提高系统识别性能的准确度。软件部分，根据系统应用模型及硬件要求，设计出了相应CAN总线及无线传输通信协议；采用循环冗余校验(CRC-16)确保位置编码信息的可靠性和准确性；完成了收、发模块软件和接口程序设计；分析和测试了数据的检错性能及无线收发单元的抗干扰性能。 最后，作者在实验室内完成了现场模拟测试，对测试结果进行了分析和总结。论文研究成果为矿井安全生产、环境监测提供了一套切实可行的新的解决方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外现状综述

1.2.1国内外矿井监测监控系统现状

1.2.2矿井信息传输方式现状

1.3课题研究内容及主要工作

1.4产品的主要技术性能指标

1.5论文的章节安排

2基于CAN总线和无线数据传输的矿井瓦斯监测系统结构设计

2.1课题设计思想来源

2.1.1 CAN总线简介

2.1.2射频无线数据传输技术简介

2.2瓦斯监测系统功能设计

2.3瓦斯监测系统总体结构及工作原理

2.3.1瓦斯监测系统总体结构

2.3.2瓦斯监测系统工作过程

2.4本章小结

3瓦斯监测系统硬件设计

3.1 CAN总线结构硬件电路设计

3.1.1 CAN总线电气防爆技术的实现

3.1.2 CAN总线网络结构的实现

3.1.3 CAN总线中继技术实现

3.2无线数据传输结构电路设计

3.2.1射频收发终端硬件总体设计

3.2.2射频模块控制电路

3.2.3射频模块外围电路

3.2.4接收信号强度指示(RSSI)电路

3.2.5射频模块介绍及测试

3.2.6接口匹配电路

3.3本章小结

4瓦斯监测系统通信协议及无线区域识别技术

4.1瓦斯监测系统通信协议设计

4.1.1瓦斯监测系统无线收发单元通信协议

4.1.2瓦斯监测系统CAN总线协议

4.2无线收发单元区域识别技术

4.2.1区域识别概述及方案

4.2.2功率控制

4.2.3区域识别RF频率的选择

4.2.4区域识别的通信协议

4.2.5无线收发单元的安装及工作过程

4.3本章小结

5瓦斯监测系统软件设计

5.1单片机软件开发工具

5.2无线收发单元单片机软件整体流程

5.3无线收发单元各分块程序设计

5.3.1单片机初始化

5.3.2 CC1000的配置

5.3.3 CC1000的校准

5.3.4 CRC校验的软件设计

5.3.5区域识别

5.4监控主机软件

5.5本章小结

6瓦斯监测系统模拟与测试

6.1瓦斯监测系统安装和测试

6.1.1瓦斯监测系统安装

6.1.2瓦斯监测系统整体测试

6.1.3无线发射功率与距离关系测试

6.2.4区域切换测试

6.2本章小结

7总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢